Wat is de Mach-Zehnder-interferometer?
De Mach-Zehnder-interferometer is een apparaat dat wordt gebruikt voor het uitvoeren van precieze optische metingen.Het kan interferentie aantonen door een lichtstraal te splitsen en de faseverschuivingen tussen de twee te meten.Meer dan een eeuw geleden is het apparaat gemaakt door de prominente fysici Ludwig Zehnder en Ludwig Mach.Een veelzijdig diagnostisch hulpmiddel, de Mach-Zehnder-interferometer wordt gebruikt om voorbeelden te illustreren in de kwantumfysica, aerodynamica en plasma-fysica.Lucht stroomt rond aerodynamische structuren en temperatuurveranderingen, druk en dichtheid in gasvormige mediums kunnen worden waargenomen.
De basiscomponenten van de interferometer zijn een lichtbron, twee bundelsplitters, twee spiegels en twee detectoren.De bundelsplitser is meestal een half-silver spiegel die een deel van de lichtstraal breekt en de rest reflecteert.Licht van een lichtbron, meestal een laser, valt op een bundelsplitser, die het licht in twee stralen van gelijke intensiteit splitst.De stralen reizen in verschillende richtingen en raken de twee spiegels.De fase van elke lichtstraal wordt veranderd door het contact met het spiegeloppervlak.
De stralen worden gerecombineerd in de tweede bundelsplitser en detectoren helpen bij de studie van de faseverschillen in de lichte paden.Een alternatieve opstelling laat de gerecombineerde stralen door een positieve lens gaan, waardoor de stralen zich op een enkel punt concentreren.Als alle reflecterende oppervlakken zodanig worden uitgelijnd dat ze absoluut parallel zijn, worden er geen interferentieranden geproduceerd wanneer de stralen recombineren.Als de hoeken van de spiegeloppervlakken echter zelfs enigszins verschillen, produceren de gerecombineerde stralen interferentieranden.Het interferentie-randpatroon geproduceerd door de Mach-Zehnder-interferometer vertoont donkere en heldere lijnen die variëren in intensiteit.
Het apparaat is extreem gevoelig en kan zelfs fungeren als een nauwkeurige thermometer.Een cel gevuld met water kan bijvoorbeeld in het pad van een van de gesplitste balken worden geplaatst, terwijl een andere gevuld met lucht in het andere pad kon worden geplaatst.De brekingsindex van vloeistoffen zoals water hangt af van de temperatuur, en als het water in de cel zelfs een lichte temperatuurverandering ervaart, wordt het effect gezien in het resulterende franjepatroon.Het is mogelijk om zeer kleine veranderingen in de watertemperatuur te meten met de Mach-Zehnder-interferometer.
Het is belangrijk om inzicht te hebben in de optica bij het gebruik van een Mach-Zehnder-interferometer om nauwkeurige metingen te doen.Wanneer het licht op een oppervlak valt, verschuift het gereflecteerde licht met exact de ene halve golflengte als het materiaal aan de andere kant van het oppervlak een hogere brekingsindex bezit.Als de brekingsindex van dit materiaal lager is, is er geen faseverandering in de gereflecteerde balk.Wanneer licht van het ene medium naar het andere reist, is er ook geen faseverandering, maar de richting van de balk verandert vanwege breking.
De Mach-Zehnder-interferometer kan ook worden gebruikt om de brekingsindex van gassen te bestuderen en zelfs objecten te controleren opvlakheid.Meting van optische onnauwkeurigheden in een plaat of oppervlak kan ook worden uitgevoerd met behulp van de interferometer.Sommige wetenschappers gebruiken ook de interferometer in stroomaanvuleringstoepassingen door de techniek van lichtdiscriminatie te gebruiken om veranderingen te observeren.